Bản dịch tiếng việt bộ bài tập chuẩn bị cho kì thi OLYMPIAD HÓA HỌCQUỐC TẾ ALBERUNIY Bản dịch tiếng việt bộ bài tập chuẩn bị cho kì thi OLYMPIAD HÓA HỌCQUỐC TẾ ALBERUNIY Bản dịch tiếng việt bộ bài tập chuẩn bị cho kì thi OLYMPIAD HÓA HỌCQUỐC TẾ ALBERUNIY Bản dịch tiếng việt bộ bài tập chuẩn bị cho kì thi OLYMPIAD HÓA HỌCQUỐC TẾ ALBERUNIY
Trang 111-17 JUNE, 2023 UZBEKISTAN
BÀI TẬP CHUẨN BỊ
Hiệu đính bởi:
Boltaev B.M., Mukhtorkhudjaeva D.M., Jamolov A.R., Badalova M.L
BẢN DỊCH TIẾNG VIỆT ĐƯỢC THỰC HIỆN BỞI
JK Keith - AZR Chemistry
Trang 2Câu 1 Câu đố vô cơ
Một chất cơ bản của nguyên tố X phản ứng với kiềm ở hai điều kiện khác nhau với các cách
khác nhau Trong cách đầu tiên, muối A và B được hình thành, và trong cách thứ hai, tạo thành
Câu 2 Oxide của chlorine
Chlorine chỉ tạo thành bốn oxide Z 1 – Z 4 Phương pháp điều chế Z 1 – Z 4 (với hệ số cân bằng) được cho bên dưới:
phần trăm khối lượng của chlorine trong Z 4 lớn hơn trong S 1,098 lần
2 Chất nào trong Z 1 – Z 4 có điểm nóng chảy cao nhất? Giải thích sự lựa chọn của bạn
Trang 3Câu 3 Muối vô cơ hữu ích
Sau khi điện phân dung dịch KHSO4 bão hòa, tạo thành muối A, và giải phóng khí X ở cathode
(phản ứng 1) Cho lượng dư dung dịch potassium iodide vào dung dịch thu được khi hòa tan 1,35 gam muối A trong nước có mặt acid sulfuric (phản ứng 2) Chuẩn độ iodine giải phóng bằng
dung dịch sodium thiosulfate 0,500 M (phản ứng 3) thì cần 20,0 mL dung dịch sodium thiosulfate
1 Xác định công thức phân tử của muối A và khí X.
2 Vẽ công thức Lewis của anion trong KHSO4, sodium thiosulfate và muối A.
3 Viết các phương trình phản ứng được đề cập ở trên (3 phương trình)
4 Muối A được sử dụng làm chất khơi mào cho phản ứng trùng hợp propylene Viết các
phương trình phản ứng khơi mào và phát triển mạch có sự tham gia của anion muối A
trong quá trình tổng hợp polypropylene (2 phương trình)
Câu 4 Perovskite và các chất tương tự
Một trong những cấu trúc tinh thể phổ biến nhất của oxide có chứa kim loại chuyển tiếp là
khoáng chất perovskite, có ô mạng cơ sở được vẽ bên dưới:
1 Từ hình vẽ đã cho, xác định công thức hóa học của perovskite
2 Số phối trí của mỗi nguyên tử trong cấu trúc của perovskite là gì?
3 Bán kính ion của Ca2+ và O2− trong perovskite lần lượt là 1,34 Å và 1,40 Å Tính độ dài cạnh lậpphương (Å) của ô cơ sở perovskite
4 Tính bán kính ion (Å) của Ti trong cấu trúc này
5 Tính khối lượng riêng (g/cm3) của khoáng vật perovskite
Năm 2018, các nhà khoa học Đài Loan đã báo cáo về khả năng xúc tác quang hóa của hợp chất giống perovskite X Trong thí nghiệm, 1 mmol Pb(NO3)2∙H2O và 1 mmol Bi(NO3)3∙5H2O được hòa tan trong thủy tinh tác dụng với 15 mL dung dịch HNO3 1M thu được dung dịch X Sau khi
hòa tan hoàn toàn các muối, đưa pH của dung dịch về 7 bằng dung dịch NaOH 5 M thì xuất hiện
Trang 46 Xác định công thức phân tử của hợp chất X.
7 Viết phương trình phản ứng tạo kết tủa trắng và hợp chất X.
8 Hợp chất X thể hiện tính chất của một chất bán dẫn khi được chiếu bức xạ bằng ánh sáng khảkiến, hấp thụ hầu hết các sóng có bước sóng 512 nm Tính Eg (chênh lệch năng lượng giữa vùngdẫn và vùng hóa trị của chất bán dẫn, tính bằng eV) cho hợp chất X h = 6,626∙10-34 J∙s, с =
2,998∙108 m/s, 1 eV = 1,602∙10-19 J
9 Khi X hấp thụ sóng có bước sóng 512 nm, hiện tượng sau xảy ra: Х → h+(hốc trống) + е–
(electron tự do) Các nhà nghiên cứu từ Đài Loan đã phát hiện ra rằng khi X được phát ra bởiánh sáng khả kiến, nồng độ của các hạt O2•– và OH• tăng lên Hãy lập phương trình phản ứng tạothành tiểu phân O2•– và OH•
Câu 5 Giản đồ Pourbaix của các tiểu phân chứa sắt
Giản đồ Pourbaix (sự phụ thuộc vào giá trị cân bằng E và pH của dung dịch) đối với sắt được đưa ra dưới đây trong điều kiện tiêu chuẩn và ở 298 K Lưu ý rằng, mỗi đường trên biểu đồ phân tách các vùng ổn định của hai tiểu phân khác nhau và dọc theo dòng, nồng độ của các tiểu phân này bằng nhau
Trang 5Dựa trên giản đồ Pourbaix, có thể lập giản đồ Latimer của sắt ở pH = 14:
1 Xác định các tiểu phân chưa biết A, B, C, D, E, F, G, H, I.
2 Sử dụng giản đồ Latimer của sắt ở pH = 14, tính thế khử điện cực chuẩn của FeO42– thành Fe
3 Sử dụng dữ liệu từ biểu đồ Pourbaix, tạo biểu đồ Latimer tương tự cho sắt ở pH = 0 như trongbài toán cho pH = 14
4 Tại sao đường phân cách tiểu phân B và C lại thẳng đứng? Chọn một câu trả lời đúng.
A) Không có sự trao đổi proton trong quá trình biến đổi B → C.
B)Không có sự trao đổi electron trong quá trình biến đổi B → C.
C)Trong quá trình chuyển hóa B → C xảy ra sự trao đổi cùng số proton và electron.
D)Trong quá trình biến đổi B → C, số lượng proton và electron được trao đổi không
và b đối với đường phân cách các tiểu phân A và F.
8 Khi nước bị oxid hóa, oxygen được giải phóng và khi bị khử, hydrogen được giải phóng
Vẽ giản đồ Pourbaix tương tự cho nước ở điều kiện tiêu chuẩn và 298 K trong khoảng pH = 0 - 14,
biết rằng E° (O2, 4H+/2H2O) = 1,23 V, E° (2H+/H2) = 0 V
9 Tiểu phân sắt nào bền trong dung dịch trung hòa của nước ở điều kiện tiêu chuẩn và 298 K?
Trang 6Câu 6 Cơ sở hóa học của nhiếp ảnh đen trắng
Hợp chất A là halide của kim loại X, trong đó % khối
lượng của halogen là 42,55%, được dùng để sản xuất màng cảm quang trong nhiếp ảnh Quá trình chụp ảnh gồm bốn giai đoạn Ở giai đoạn 1, chất A bị phân hủy
dưới tác dụng của ánh sáng và tạo thành cụm kim loại X
(phản ứng 1) Tuy nhiên, số lượng của chúng quá ít nên chúng không thể nhìn thấy được Ở giai đoạn 2, “ảnh ẩn” được tăng cường bằng cách xử lý màng bằng hợp chất B
(trong phổ 1H NMR có tín hiệu từ các proton của vòng thơm và có 3 mặt phẳng đối xứng; ωO = 29,06%) (phản ứng 2) Trong trường hợp này, các cụm kim loại X xúc
tác quá trình khử cation kim loại X và hình ảnh của đối
tượng đã được chụp được tạo thành ở dạng "âm bản" Ở giai đoạn thứ 3, để bảo vệ chống phục hồi và làm đen, chất A chưa phân hủy còn lại trên phim được loại bỏ bằng hợp chất C (ωS = 40,48%; ωO = 30,36%) (phản ứng 3) Trong trường hợp này, các cation kim loại X dư được rửa
sạch dưới dạng phức D (ω X = 26,90%) Ở giai đoạn 4, ánh sáng đi qua bản vẽ "âm bản", chiếu vào phim ảnh mới Hơn nữa, các hoạt động biểu hiện và cố định được lặp lại Bằng cách này, thu được hình ảnh đen trắng "dương bản" Trong hình bên trái, màu vàng biểu diễn hợp chất A, màu
đen là kim loại X và màu trắng là màng rỗng.
1 Xác định kim loại X và các chất A, B, C, D, với B – hãy vẽ công thức cấu tạo Kiểm chứng
câu trả lời bằng tính toán
2 Viết các phương trình của tất cả các phản ứng nêu trong bài (3 phương trình phản ứng)
Trong quá trình sản xuất phim chụp ảnh, các hạt mịn (đường kính hạt ≈ 1 μm) của hợp chất A
được phủ lên một màng trong suốt có chứa chất kết dính
3 Xác định số nguyên tử X có trong một ô mạng Coi các nguyên tử có dạng hình cầu và pA =6,47 g/cm3
4 Mặc dù kim loại X có hoạt tính xúc tác nhưng tại sao ở giai đoạn biểu hiện, B lại không khôi
phục được khối lượng của A trên màng? Hãy nhớ rằng A có trên phim ở dạng hạt riêng biệt.
Trang 73 Một mẫu giấm 100,0 mL được pha loãng với nước đến thể tích cuối cùng là 250,0 mL Chuẩn
độ 10,0 mL dung dịch thu được bằng dung dịch NaOH 0,50 M Thể tích (mL) kiềm sẽ tiêu tốntrong quá trình chuẩn độ là bao nhiêu?
4 Chất chỉ thị nào sau đây thích hợp nhất để sử dụng trong thí nghiệm chuẩn độ trên? Hãy giảithích sự lựa chọn của bạn
Chất chỉ thị: Khoảng pH để đổi màu chất chỉ thị
Methyl da cam 3,2-4,4
Phenolphthalein 8,2-10,0
Câu 8 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tan của muối khó tan
Silver chloride rất ít tan trong nước Quá trình hòa tan silver chloride trong nước diễn ra theo phản ứng sau: AgCl(s) ⇄ Ag+(aq) + Cl−(aq) Hằng số cân bằng của phản ứng này ở 298 K là 1,77 • 10−10
1 Tính độ tan (mol/L) của AgCl trong nước ở 298 K
Độ hòa tan của AgCl bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và sự có mặt của các ion khác trong dung dịch
2 Độ tan của AgCl thay đổi như thế nào khi tăng nhiệt độ? Đối với quá trình hòa tan, AgCl
∆rHo = +62,4 kJ/mol
3 Tính hằng số cân bằng của quá trình hòa tan AgCl ở 100°C
4 Độ tan của AgCl thay đổi như thế nào khi có mặt NaCl trong dung dịch?
5 Tính độ tan của AgCl (mol/L) trong dung dịch NaCl 0,5 M ở 298 K
6 Độ tan của AgCl thay đổi như thế nào khi có mặt NH3 trong dung dịch?
7 Tính độ tan của AgCl (mol/L) trong dung dịch NH3 0,50 M ở 298 K Coi ammonia chuyểnhoàn toàn thành phức [Ag(NH3)2]+
Trang 8Câu 9 Chất xúc tác phân hủy hydrogen peroxide
Chất xúc tác là chất hóa học làm tăng tốc độ phản ứng, nhưng không bị tiêu hao trong quá trình phản ứng Manganese dioxide, ion iodide và các enzyme khác có thể là chất xúc tác cho quá trình phân hủy hydrogen peroxide thành nước và oxygen
1 Viết phương trình phản ứng phân hủy hydrogen peroxide thành nước và oxygen
2 Các ion iodide xúc tác quá trình phân hủy H2O2 trong hai giai đoạn Viết phương trình phản ứng của giai đoạn 1 của quá trình xúc tác, nếu giai đoạn 2 diễn ra như sau: IO− + H2O2 → I− + O2
Câu 10 Chu trình Carnot
Chu trình Carnot là một quá trình tuần hoàn lý
tưởng bao gồm hai quá trình đoạn nhiệt (BC và
DA) và hai quá trình đẳng nhiệt (AB và CD)
Trong quá trình Carnot, hệ nhiệt động thực hiện
công cơ học do trao đổi nhiệt (Q1 và Q2) với hai
nguồn nhiệt có nhiệt độ không đổi nhưng khác
nhau Nguồn có nhiệt độ cao hơn (T1) được gọi là
nguồn nóng và nguồn có nhiệt độ thấp hơn (T2) −
nguồn lạnh.
Trang 970 g khí nitrogen hoàn thành chu trình Carnot ở nhiệt độ của nguồn nóng và nguồn lạnh lần lượt
là T1 = 400 K và T2 = 300 K Thể tích khí tại hai điểm A và C lần lượt là VA = 10 dm3 và VC =
50 dm3
1 Xác định tọa độ của các điểm (giá trị áp suất (kPa) và thể tích (dm3)) А, В, С và D
2 Tính nhiệt lượng Q1 (J) mà nitrogen nhận được từ nguồn nóng trong 1 chu trình
3 Tính công có ích (J) do nitrogen thực hiện trong 1 chu trình
4 Sử dụng đáp số của bạn ở câu 2-3, hãy tính hiệu suất của chu trình Carnot có sự tham gia của nitrogen
5 Vẽ định tính một chu trình Carnot theo hệ tọa độ T − S, như T = f(S) Chỉ rõ vị trí các điểm A,
B, C, D và chiều của chu trình
6 Nếu hiệu suất của chu trình Carnot có thể được tính bằng công thức: η = (Q1 − Q2)/Q1, sử dụng
đồ thị bạn đã vẽ ở câu 5, suy ra sự phụ thuộc η = f(T1,T2) Sử dụng công thức này để tính hiệu suất của chu trình Carnot với nitrogen
7 Hãy ước tính khi nào hiệu suất của chu trình Carnot là 100%? Và khi nào là 0%?
8 Công suất của động cơ nhiệt (W) trong chu trình Carnot là bao nhiêu nếu tất cả các quá trình trong đó được thực hiện một cách lý tưởng mà không có ma sát?
Câu 11 Pin nhiên liệu methanol
Pin nhiên liệu methanol là một loại pin nhiên liệu có màng trao đổi proton trong đó methanol được
sử dụng làm nhiên liệu Sơ đồ hoạt động của một pin nhiên liệu như vậy được biểu diễn trong hình dưới đây:
Trang 10trong đó A - anode, K - cathode Phản ứng tổng cho pin nhiên liệu này:
2CH3OH(g) + 3O2 ⇄ 4H2O(l) + 2CO2 (phản ứng 1)
1 Viết phương trình của các bán phản ứng xảy ra ở các điện cực (ở anode và ở cathode) của
pin nhiên liệu methanol
2 Chỉ rõ chiều chuyển động (từ anode đến cathode hoặc từ cathode đến anode) của các electron
và proton trong pin nhiên liệu này
3 Sử dụng dữ liệu nhiệt động dưới đây, tính toán biến thiên năng lượng tự do Gibbs tiêu chuẩncủa phản ứng 1 ở nhiệt độ 298 K
∆f H°(298 K), kJ/mol SJ/(mol∙K) °(298 K), J/(mol∙K) cp ,
ứng 2), hãy tính biến thiên năng lượng tự do Gibbs tiêu chuẩn của phản ứng 2 ở nhiệt độ 298 K và
tính xem năng lượng gấp bao nhiêu lần khả năng của methanol lỏng cao hơn so với khí hydrogen nén tới 800 atm [khối lượng riêng của methanol lỏng] = 0,7918 g/cm3
5 Pin nhiên liệu methanol hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ gần với nhiệt độ sôi của CH3OH Tính nhiệt độ sôi của CH3OH ở áp suất 1 bar Nhiệt độ sôi của CH3OH ở áp suất 10 bar là bao nhiêu?Tại thời điểm này, cho rằng ∆rH° và ∆rS° không phụ thuộc vào nhiệt độ
6 Tính ∆rH°, ∆rS°, ∆rG° của phản ứng 1 ở nhiệt độ 60°C Tại nhiệt độ này, giả sử rằng ∆rH° và
∆rS° thay đổi khi nhiệt độ thay đổi Sử dụng phương trình Kirchhoff và kết luận từ định luật thứ 2
của nhiệt động lực học: ∆r H°(T2) = ∆r H°(T1) + ∆Cp(T2 − T1); ∆r S°(T2) = ∆r S°(T1) + ∆Cpln(T2/T1)
7 Tính toán EMF tiêu chuẩn (V) của pin nhiên liệu methanol ở nhiệt độ 60°C
8 Thể tích (dm3) methanol cần thiết để pin nhiên liệu này hoạt động liên tục trong 24 giờ với công suất 5 kW ở 60°C là bao nhiêu?
Trang 11Câu 12 Phân hạch hạt nhân
Ngày 16/7/1945, tại bang New Mexico (Mỹ), các nhà khoa học đã tiến hành vụ thử nghiệm công nghệ vũ khí hạt nhân đầu tiên trên thế giới Quả bom nguyên tử đầu tiên được gọi là "Trinity" và được chế tạo theo sơ đồ sau (Hình 1):
Hai bán cầu của đồng vị plutonium-239, mỗi bán cầu nặng 2,95 kg, được ngăn cách bởi một vách ngăn Ở trung tâm của quả cầu có đủ lượng đồng vị berellium-9 và polonium-210 để bắt đầu quá trình phân hạch dây chuyền của hạt nhân plutonium-239 Cuộc thử nghiệm thành công Hãy phân tích quá trình vụ nổ "Trinity" xảy ra như thế nào để nâng cao hiểu biết của chúng ta về phản ứng dây chuyền của phản ứng phân hạch hạt nhân
1 Polonium-210 là một đồng vị phóng xạ và trải qua quá trình phân rã α (1 phản ứng) Khi váchngăn giữa berellium-9 và polonium-210 được loại bỏ, các hạt α bắt đầu bắn phá hạt nhân
berellium-9 và kết quả là thu được một số neutron nhất định (phản ứng 2), cần thiết cho việc bắtđầu quá trình phân hạch của hạt nhân 239-plutonium Viết các phương trình phản ứng hạt nhân 1
và 2
2 Dưới tác dụng của neutron, 2 bán cầu liên kết của plutonium-239 trải qua quá trình phân hạchhạt nhân dây chuyền:
239Pu + 1n → 103? + ?Xe + 31n (phản ứng 3)
Xác định công thức hóa học của đồng vị 103? và khối lượng tương đối của đồng vị xenon
3 Trong các sản phẩm của phân hạch hạt nhân, hạt nào duy trì quá trình dây chuyền?
4 Tính "độ hụt khối" (a.m.u.) trong 3 phản ứng Khối lượng đồng vị tương đối:
Trang 12Cho biết: E = ∆mc2, trong đó c = 3·108 m/s; 1 gam TNT tương đương = 4184 J.
6 Bán cầu lửa đang hình thành sau vụ nổ được chụp trong bức ảnh (hình 2) có đường kính 400
m, nó làm tan chảy cát của bãi rác, biến nó thành thủy tinh Hãy ước tính nhiệt độ không khí vềmặt lý thuyết ở bán cầu lửa này sau vụ nổ Coi không khí là khí lý tưởng, nhiệt độ ban đầu là 298
K, nhiệt dung đẳng tích của khí lưỡng nguyên tử là 5R/2 J /(mol·K) Cho rằng năng lượng đượcgiải phóng trong quá trình phân rã của 239Pu chỉ được sử dụng để làm nóng không khí ở bán cầubốc lửa
7 Để tiếp tục mà không dừng quá trình dây chuyền, cần phải có ít nhất một khối lượng tối thiểunhất định của đồng vị ("khối lượng tới hạn") Đối với plutonium-239, "khối lượng tới hạn" là 5,6
kg Nếu plutonium-239 hình cầu có khối lượng nhỏ hơn 5,6 kg thì sẽ không có quá trình phânhạch hạt nhân dây chuyền Ước tính bao lâu (năm) sau khi được tạo ra, thử nghiệm "Trinity" sẽ
không thành công, tức là sẽ không có phản ứng phân hạch và nổ dây chuyền T1/2 (239Pu) = 24 110năm
Câu 13 Sản xuất PVC
Theo thống kê, hàng năm Uzbekistan sản xuất hơn 100 nghìn tấn PVC Phần lớn chất này được
sử dụng để sản xuất ống, phụ kiện, nhựa và dây cáp Trong sản xuất, PVC được tổng hợp qua 2
giai đoạn: 1 – tổng hợp monomer M; 2 – trùng hợp monomer M trong PVC.
1 Ở giai đoạn 1, ethylene phản ứng với chlorine tạo thành chất A (phản ứng 1), sau đó chất A bị
nhiệt phân với sự có mặt của chất xúc tác và thu được monomer M (phản ứng 2), trong khi HCl
thu được bị oxid hóa bằng oxygen và chuyển hóa ngược lại thành chlorine (phản ứng 3) Viết 3phương trình phản ứng và phương trình tổng quát của phản ứng bậc 1, nếu biết rằng công nghệhiện đại nhất cần 460 kg ethylene, 585 kg chlorine, 139 kg oxygen để tạo ra 1 tấn monomer M.
2 Hiệu suất (%) có thể thu được monomer M từ ethylene bằng công nghệ hiện đại là bao nhiêu?
3 Phản ứng trùng hợp monomer M trong PVC có thể được đơn giản hóa như sau:
tBu-O-O-tBu → 2B
B + CH2=CHX → tBu-O-CH2-CHX. → → → tBu-O-(CH2-CHX)n-.
tBu-O-(CH2-CHX)n-. + C → tBu-O-(CH2-CHX)n-(CH2-CHX)m-O-tBu (PVC)
Xác định B và C trong sơ đồ này.
